Článek
Na začátek druhé části seriálu o emisích [první část si můžete prohlédnout zde] musíme definovat, že vše v tomto článku napsané se týká čtyřdobých zážehových a vznětových motorů s klasickou tvorbou směsi. Konkrétně tedy u zážehových s vnějším tvořením směsi a u vznětových s vnitřním tvořením (vstřikem nafty až do válce). Ostatní závislosti jsou předmětem delších výkladů a hlubšího zkoumání chemických a termodynamických závislostí.
Chemismus vzniku
Příčinou tvorby oxidu uhelnatého je především nedostatek kyslíku ve spalované směsi, tedy provoz motoru při součiniteli přebytku vzduchu lambda1 (viz vložený článek) a/nebo když se přírodní zákony samy chrání před dalším zvyšováním teplot ve spalovacím prostoru (disociace spalin).
Velmi podobná situace je u nespálených uhlovodíků HC. Ty jsou rovněž produktem nedokonalého spalování při oxidační reakci (tedy opět nedostatek vzduchu). Jenže vliv na HC má i rychlost spalování, teplota plamene a tedy i z těchto předpokladů vyplývající důsledky. Nejvíc HC se produkuje při stěnách, kde odvod tepla snižuje rychlost hoření, v mezerách a při spalování mazacího oleje. Na druhou stranu výsledkem dokonalého spalování je oxid uhličitý CO2. K jeho snižování vede tak jediná cesta - snižování spotřeby.
Druhý extrém - NOx
Oxidy dusíku jsou druhým extrémem, který je zapotřebí velmi pečlivě hlídat. Jeho vznik je totiž naopak doprovázen vysokými teplotami při hoření. Důležité je pro NOx i "historie" plamene, počátek zápalu apod. Výhodou je ovšem možnost snížení oxidů dusíku bez závislosti na změně lambda. Do spalovacího prostoru se může vmíchat plyn s malým obsahem kyslíku (např. již shořelé spaliny), které teplotu sníží.
Saze jsou produkovány nedokonalým spalováním paliva, například při nedostatečném odpaření kapky. Ta se ohřívá nad teplotu rozkladu bez přítomnosti kyslíku. Tvorba sazí je ale velmi složitá a obsahuje například i chemismus spalování popela z oleje a paliva.
Benzín nebo naftu?
Podle toho, co jsme již napsali, je složení spalin vyloženě závislé na teplotě, při které spalovací reakce probíhají. Proto je hlavním faktorem tzv. součinitel přebytku vzduchu lambda.
U zážehových benzínových motorů je z grafu vidět, že při nedostatku kyslíku (lambda1) prudce roste produkce CO a HC. Naopak ve spodní části jeho křivky se nachází maximum produkce NOx. Při konstrukci se tam musí technici potýkat s dvojsečnou zbraní, se kterou musí pohybovat velmi opatrně a jako střed výchylek se tak bere lambda=1, které je důležité i pro správný chod katalyzátoru.
Přibližný průběh emisí u benzínového zážehového motoru v závislosti na součiniteli přebytku vzduchu lamda.
:. Kliknutím na obrázek jej zvětšíte do původní velikosti
To vznětový motor pracuje na zcela jiném principu, který vyžaduje mnohem vyšší hodnoty přebytku vzduchu (například při volnoběhu je normální lambda=10, za běhu se však radikálně snižuje). I zde je ovšem problém s vyvážením všech emisí. S rostoucím součinitelem přebytku vzduchu se zpomaluje tvorba NO, ale naopak rostou nespálené uhlovodíky a oxid uhelnatý. Velmi sledovanými jsou také saze, které už z principu jejich tvorby vznikají tam, kde je nedostatek kyslíku, tedy u nižších lambda (při zátěži a potřebě bohatší směsi).
Přibližný průběh emisí u vznětového motoru v závislosti na součiniteli přebytku vzduchu lamda.
:. Kliknutím na obrázek jej zvětšíte do původní velikosti
Tak který?
Závěrem je tedy třeba říci, který z motorů je vlastně ekologičtější? Tato otázka je dost často diskutovaná, ale její zodpovězení není jednoduché. Oba motory svým rozdílným přístupem ke spalovacímu procesu mají i rozdílné problémy s emisemi. Zatímco u zážehového motoru převládá problém s oxidy uhlíku, které doplňují oxidy dusíku, u vznětových zase dělají "paseku" NOx a saze. Pokud bychom tedy měli srovnat dva atmosférické motory, musíme říct, že vlivem lepší regulace vyhrává zážehový agregát. Při instalaci přeplňování a mezichladiče stlačeného vzduchu, a tedy možnosti dosažení vyšších lambda, však vznětový agregát srovnává krok. Následně vstupují do boje další úpravy na snížení emisí - EGR ventily, katalyzátory, filtry pevných částic, a tady je náhle situace v souhrnu všech emisí moderních motorů na více či méně stejné úrovni.
Součinitel přebytku vzduchu lambda
Poměr vzduchu potřebného ke spálení kilogramu paliva ve válci. Pro spalovací proces je ideální poměr rovný jedné. Ten se udržuje ve výfukových plynech pro dobrou funkci katalyzátoru, ve válcích je podle potřeby směs mírně bohatá (<1) nebo mírně chudá (>1).